水力学与桥涵水文第六章.ppt

6-8 明渠急变流 有关计算内容：hc、 ht、h〞计算公式 任意断面 hc 计算公式 因 有 试算 hc 计算程序如图6-27 （6-50） （图6-27） * 6-7 明渠三种流动状态的水力特性 临界流（ Fr=1） 由 有 断面平均水深为流速水头的两倍，即势能为动能的两倍 * 6-7 明渠三种流动状态的水力特性 临界流均匀流水深特性比较 hK=f（Q，断面形状）与底坡 i 无关。hK可发生各类底坡渠道，K-K线可贯通各类底坡渠道。 h0=f（Q，断面形状， n，i 0）——正常水深只能发生在顺坡（i 0）渠道。 （图6-16） * 6-7 明渠三种流动状态的水力特性 渠道底坡缓急水力特性及其判别标准 临界底坡iK ——底坡判别标准 定义——当 h0=hK 时的相应底坡。即均匀流正常水深等于临界水深时的相应底坡。 iK 计算公式 按均匀流条件有 按临界流条件有 联式①②解之得 ② （6-33） ① * 6-7 明渠三种流动状态的水力特性 对于宽浅式河渠 三类底坡的水力特性 i iK ——急坡渠道， h0 hK i iK ——缓坡渠道， h0 hK i = iK ——临界坡渠道， h0=hK iK 特性（以宽浅型河渠为例） 由 （6-35） （6-34） * 6-7 明渠三种流动状态的水力特性 有 当 n 一定时， ,可随 Q 变。 当 （缓坡）时，Q 上升 iK 下降，可变为 ，即缓坡变为急坡 （6-35） * 6-7 明渠三种流动状态的水力特性 渠道底坡i选用原则 而 例6-7 梯形断面排水渠道，底宽b=12m，边坡系数m=1.5，流量Q=17m3/s，求渠中临界水深hK。 （6-37） （6-36） * 6-7 明渠三种流动状态的水力特性 解例6-7 由 按上试算得 例6-8 梯形断面渠道，b=12m，边坡系数m =1.5，流量Q=18m3/s，糙率n=0.025。按地形情况选定渠道底坡i=0.0094，试判别渠道底坡的缓急类型。 * 6-7 明渠三种流动状态的水力特性 例6-8 解：按例6-7得 属急坡渠道 * 6-8 明渠急变流 水力特征——水深流速急剧变化，水面曲线急剧弯曲 类型——水跌与水跃 水跌现象 水力特征 由缓流向急流转变的过渡现象， 水面曲线急剧弯曲穿越K-K线 发生位置 跌坎处上游渠段（如图6-18a） 缓坡与急坡折变处的上游渠段（如图6-18b） * 6-8 明渠急变流 渠段内呈加速流动，有冲刷危害 跌坎处 h=hk hk 可作水面曲线分析控制水深（有解） hk 所在断面称为控制断面（水深可求的断面） * 6-8 明渠急变流 （图6-18） * 6-8 明渠急变流 水跌计算 水跌水力计算内容 确定控制断面位置 计算hk 验算渠段防冲刷条件 水跃现象 水力特征 急流向缓流转变时水深突增的过渡现象， 局部渠段水位急剧跃高，主流在下部，副流在上部，并有反向坡度表面旋滚 。 * 6-8 明渠急变流 水跃现象特征 有关符号、意义 h′——跃前共轭水深 h〞——跃后共轭水深 ly ——水跃长度，水跃前后断面的长度 a ——跃高， a＝ h〞－h′ 水力特征 水跃类型 完整水跃—— ，有明显表面漩滚，图6-19a 波状水跃—— ，无明显表面漩滚，图6-19b * 6-8 明渠急变流 （图6-19） * 6-8 明渠急变流 （图6-19） * 6-8 明渠急变流 水跃计算 水力计算内容 确定 h′或 h〞（知一求一） 确定 ly （水跃长度） 确定水跃发生位置及渠段防护长度 完整水跃基本方程（ h′～h〞关系式） 推导条件（常见工程设计条件） 已知：Q，渠断面形状尺寸（多为矩形） i = 0， （棱柱形渠道） 摩擦阻力不计， 为渐变流断面 * 6-8 明渠急变流 基本方程（h′～h〞关系式）推导 如图6-20，列1-1、2-2 动量方程得基本方程 令 有 （6-40） （6-39-2） （6-39-1） * 6-8 明渠急变流 （图6-20） * 6-8 明渠急变流 水跃函数数学性质 水跃函数 的数学性质 设 令 得 有 (θ有最